CN210789722U - 一种激光旋切加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光技术领域，具体提供了一种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，还包括光扫描模块、光倾转模块及可绕激光发射器的发射光路旋转的旋转台；光扫描模块位于激光发射器的出射光路上，其用于偏移从激光发射器发射出来的发射激光；光倾转模块位于光扫描模块的出射光路上，其用于倾转从光扫描模块的透射激光；光扫描模块及旋光聚焦模块均与旋转台固定连接。通过控制光扫描模块的角度来定位加工孔的位置，通过控制光倾转模块的参数来调整激光加工光束的入射角，从而调整孔的锥度大小。在保证了偏转后的光轴与入射光轴同轴的同时，并减少了一个机械旋转调节结构，大大提高了激光钻孔的精度的同时又减少旋切装置的成本。

Description

一种激光旋切加工系统

技术领域

本实用新型属于激光切割技术领域，具体涉及一种激光旋切加工系统。

背景技术

激光打孔技术作为一种先进的钻孔技术已经在航天航空、汽车制造、电子仪表、食品药品、化工和医疗器械等多个行业中获得了广泛的应用。传统的单脉冲激光打孔、多脉冲激光打孔方法无法精确控制微小孔的尺寸和锥度，从而发展了激光旋切方法。典型的激光旋切系统是由三块光楔棱镜整体旋转实现激光旋切，其中调节上面两个互补放置的楔角相同的光楔棱镜的间距，改变聚焦光束的倾角，从而调节激光打孔的锥度。旋转调节第三个光楔棱镜相对前面两个光楔棱镜的角度，改变入射到聚焦镜上的角度，从而实现微小孔尺寸的调节。这种方法存在的问题有：一是，经过第三个光楔棱镜的光轴不再与入射光束的光轴在同一平面，最终导致激光打孔的孔径和锥度都存在误差，二是，这种加工方法本质上只能加工旋转对称的孔，异形孔需要通过移动整个光学系统光路轨迹的方式来实现，无法实现微小的异形孔的激光加工；三，由于系统运动机构较多，至少需要两套旋转运动机构，实际的加工精度难以保证。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中激光打孔精度低且加工难度高的问题。

为此，本实用新型提供了一种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，还包括光扫描模块及光倾转模块；

所述光扫描模块位于所述激光发射器的入射光路上，其用于偏转从所述激光发射器发射出来的入射激光；

所述光倾转模块位于所述光扫描模块的出射光路上，其用于倾转从所述光扫描模块的透射激光。

优选地，所述光扫描模块及光倾转模块均可绕所述激光发射器发射出来的入射激光的光轴延长线旋转。

优选地，所述光扫描模块包括声光偏振器，所述声光偏振器位于所述发射激光的光路上。

优选地，所述光倾转模块包括两块互补放置的第一光楔棱镜和第二光楔棱镜，所述第一光楔棱镜和第二光楔棱镜依次位于所述声光偏振器的透射光路上。

优选地，所述第一光楔棱镜及第二光楔棱镜之间的距离可调。

优选地，所述光倾转模块还包括丝杆，所述第一光楔棱镜及第二光楔棱镜均与所述丝杆螺纹连接，且所述第一光楔棱镜的螺纹旋向及第二光楔棱镜的螺纹旋向相反。

优选地，所述入射激光与从所光倾转模块透射出来的加工激光共面。

优选地，所述系统还包括聚焦镜，所述聚焦镜位于所述光倾转模块的透射光路上。

优选地，所述系统还包括用于装夹工件的载物台，所述载物台中心位于所述激光发射器的发射光路的延长线上。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，还包括光扫描模块、光倾转模块及可绕激光发射器的发射光路旋转的旋转台；光扫描模块位于激光发射器的出射光路上，其用于偏移从激光发射器发射出来的发射激光；光倾转模块位于光扫描模块的出射光路上，其用于倾转从光扫描模块的透射激光；光扫描模块及旋光聚焦模块均与旋转台固定连接。通过控制光扫描模块的角度来定位加工孔的位置，通过控制光倾转模块的参数来调整激光加工光束的入射角，从而调整孔的锥度大小。在保证了偏转后的光轴与入射光轴同轴的同时，并减少了一个机械旋转调节结构，大大提高了激光钻孔的精度的同时又减少旋切装置的成本。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型激光旋切加工系统的结构示意图。

附图标记说明：入射激光1，光扫描模块2，第一声光偏振器3，第二声光偏振器4，透射激光5，光倾转模块6，第一光楔棱镜7，第二光楔棱镜8，聚焦镜9，工件10，载物台11。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，还包括光扫描模块2及光倾转模块6；所述光扫描模块2位于所述激光发射器的入射光路上，其用于偏转从所述激光发射器发射出来的入射激光1；所述光倾转模块6位于所述光扫描模块2的出射光路上，其用于倾转从所述光扫描模块2的透射激光5。

由此可知，激光发射器发射出来的入射激光1垂直进入到光扫描模块2内，光扫描模块2内设有偏光片，具体地，入射激光1从偏光片的中心垂直射入，通过偏光片发生偏转，使得从偏光片透射出来的透射激光5与入射激光1之间形成一个θ角。偏转后的透射激光5进入到光倾转模块6内发生倾转，使得从光扫描模块2内倾转出来的加工激光与透射激光5之间形成倾角，从而形成最终的加工激光的光轴与入射激光1的光轴之间形成

角。且保证入射激光1及加工激光始终在一个平面上，这样便于调节光路。因此，通过光扫描模块2的设定来调节θ角大小，从而对工件10表面进行扫描以确定打孔的孔径大小；通过光倾转模块6的设定来调节

角大小，从而便可调节激光钻孔的锥度，实现不同孔径大小的加工。综上所述，通过调节光扫描模块2的参数即可控制打孔的孔径，通过控制光倾转模块6的参数，便可控制孔径的锥度，二者配合调节，还可以加工螺旋孔或螺旋轴。当通过控制光扫描模块2和光倾转模块6同步一起旋转时便可旋转加工形成孔洞，由于入射激光1与加工激光共面，且入射激光1与加工激光始终在一个平面上。减少了一个机械旋转调节结构的同时，大大提高了激光钻孔的精度。当只旋转光扫描模块2时，可单独调整加工激光在工件上的位置；当只旋转光倾转模块6时，可单独调整加工激光在工件上的倾斜角度，从而可以调整加工孔的孔洞的锥度或者是光轴的锥度。在使用时，可以先单独分别旋转光扫描模块2及光倾转模块6调整好参数即可，最后再一起旋转便可实现钻孔的目的，在不同的时间段调整光倾转模块6即可加工成型螺旋孔或螺旋轴。

优选的方案，所述旋转台与电机连接。光扫描模块2和光倾转模块6安装在一起，电机驱动二者一起旋转，这样便可保证加工激光的光轴始终与入射激光1的光轴共面。

优选的方案，所述光扫描模块2包括声光偏振器，所述声光偏振器位于所述发射激光的光路上。光扫描模块2包括第一声光偏振器3及第二声光偏振器4，二者的中心均位于入射激光1的光轴的延长线上，通过两个声光偏振器的偏振使得从第二声光偏振器4透射出来的透射激光5与入射激光1形成一个偏转角度。通过调节两个声光偏振器的位置便可调节偏转角度的大小。

优选的方案，所述光倾转模块6包括两块互补放置的第一光楔棱镜7和第二光楔棱镜8，所述第一光楔棱镜7和第二光楔棱镜8依次位于所述声光偏振器的透射光路上。由此可知，第一光楔棱镜7和第二光楔棱镜8互补对其放置，二者的中心均位于入射激光1的光轴的延长线上，且第一光楔棱镜7的较厚端对应第二光楔棱镜8较薄端从而形成互补放置。

优选的方案，所述第一光楔棱镜7及第二光楔棱镜8之间的距离可调。通过调节第一光楔棱镜7及第二光楔棱镜8之间的距离，便可调节从第二光楔棱镜8出射的加工激光的倾斜角度，进而可以控制加工激光与工件10表面的倾角，不同倾角加工出来的孔洞锥度不同。

优选的方案，所述光倾转模块6还包括丝杆，所述第一光楔棱镜7及第二光楔棱镜8均与所述丝杆螺纹连接，且所述第一光楔棱镜7的螺纹旋向及第二光楔棱镜8的螺纹旋向相反。由于两个棱镜与丝杆的安装旋向相反，通过控制旋转丝杆旋转时便可实现两个棱镜相向运动或相离运动，从而控制两个棱镜之间的距离。

优选的方案，所述发射激光与从所光倾转模块6透射出来的加工激光共面。

优选的方案，所述系统还包括聚焦镜9，所述聚焦镜9位于所述光倾转模块6的透射光路上。聚焦镜9起到将加工激光进行汇聚的作用，不改变原有的光路。

优选的方案，所述系统还包括用于装夹工件10的载物台11，所述载物台11中心位于所述激光发射器的发射光路的延长线上。将工件10装夹在载物台11的中心，这样便可保证工件10的中心位于激光发射器的入射光路的延长线上，便于后续定位工件10的坐标，从而可以方便定位到需要加工孔洞的位置。

系统工作原理如下：激光旋切加工系统由两个相互垂直的声光偏转器和两个互补放置的楔角相同的光楔棱镜组成，两个光楔棱镜绕入射激光1一起旋转，两个相互垂直的声光偏转器构成一个二维的光扫描模块2，并与两个光楔棱镜同步旋转，保持经过两个声光偏转器和两个光楔棱镜偏转后的加工激光与入射激光1在同一平面内，加工激光的光束通过聚焦镜9照射到工件10上，实现激光旋切打孔，通过配合二维的光扫描模块2，可以实现激光螺旋切割。通过两个相互垂直的声光偏转器发出的不同角度θ的光实现扫描外形图案，最终实现不同外形结构、孔径、锥度的激光钻孔，即通过调节θ来实现对激光束照射到工件10上的焦点偏离入射激光1的距离d的调节；调节两个光楔棱镜的间距，来实现对加工激光相对垂直工件10表面方向的倾斜角度(焦点入射角度)

的调节，最终实现激光钻孔的锥度可调。这一激光钻孔的直径采用声光偏转扫描实现，可以保证偏转后的加工激光与入射激光1同轴，并减少了一个机械旋转调节结构，大大提高了激光钻孔的精度。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，还包括光扫描模块、光倾转模块及可绕激光发射器的发射光路旋转的旋转台；光扫描模块位于激光发射器的出射光路上，其用于偏移从激光发射器发射出来的发射激光；光倾转模块位于光扫描模块的出射光路上，其用于倾转从光扫描模块的透射激光；光扫描模块及旋光聚焦模块均与旋转台固定连接。通过控制光扫描模块的角度来定位加工孔的位置，通过控制光倾转模块的参数来调整激光加工光束的入射角，从而调整孔的锥度大小。在保证了偏转后的光轴与入射光轴同轴的同时，并减少了一个机械旋转调节结构，大大提高了激光钻孔的精度的同时又减少旋切装置的成本。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光旋切加工系统，包括用于发射激光的激光发射器，其特征在于：还包括光扫描模块及光倾转模块；

所述光扫描模块位于所述激光发射器的入射光路上，其用于偏转从所述激光发射器发射出来的入射激光；

所述光倾转模块位于所述光扫描模块的出射光路上，其用于倾转从所述光扫描模块的透射激光。

2.根据权利要求1所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述光扫描模块及光倾转模块均可绕所述激光发射器发射出来的入射激光的光轴延长线旋转。

3.根据权利要求1所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述光扫描模块包括声光偏振器，所述声光偏振器位于所述发射激光的光路上。

4.根据权利要求3所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述光倾转模块包括两块互补放置的第一光楔棱镜和第二光楔棱镜，所述第一光楔棱镜和第二光楔棱镜依次位于所述声光偏振器的透射光路上。

5.根据权利要求4所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述第一光楔棱镜及第二光楔棱镜之间的距离可调。

6.根据权利要求5所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述光倾转模块还包括丝杆，所述第一光楔棱镜及第二光楔棱镜均与所述丝杆螺纹连接，且所述第一光楔棱镜的螺纹旋向及第二光楔棱镜的螺纹旋向相反。

7.根据权利要求1所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述入射激光与从所光倾转模块透射出来的加工激光共面。

8.根据权利要求1所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述系统还包括聚焦镜，所述聚焦镜位于所述光倾转模块的透射光路上。

9.根据权利要求1所述的激光旋切加工系统，其特征在于：所述系统还包括用于装夹工件的载物台，所述载物台中心位于所述激光发射器的发射光路的延长线上。

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